Physique du Bâtiment III – Cours 5

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1 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Planning du cours Physique du Bâtiment III: Les parties opaques de l’enveloppe Cours Date Matière du cours 1 19 septembre Flux de chaleur, valeur U 2 26 septembre Isolation des murs, bilan thermique net 3 3 octobre Ponts thermiques, pertes vers le sol 4 10 octobre Condensation superficielle 5 ← 17 octobre Flux de vapeur, méthode de Glaser 6 24 octobre Condensation / assèchement, méthode des pascal-jours 7 31 octobre Résumé/Questions & TEST 8 7 novembre Réflexion / absorption du son, isolation acoustique 9 14 novembre Protection contre les bruits extérieurs / intérieurs 10 21 novembre Protection contre les bruits de choc, installation techniques 11 28 novembre Thermocinétique 12 5 décembre Les 4 parties sont: Physique de la fenêtre Bilan énergétique Eclairage naturel Eclairage artificiel Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

2 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Condensation superficielle Retour sur l’Exercice Série 4, Condensation superficielle 1) Calculer la température de surface intérieure ( 𝜃 𝑖 =20°C, 𝜃 𝑒 =0°C): a) sans obstructions du mur à l’intérieur (espace libre), → 16°C b) armoire (espace meublé) avec hi = 2 (W/(m2·K)), → 10.1°C c) armoire encastrée avec hi = 1 (W/(m2·K)). → 6.8°C Note: recalculer la valeur U avec la nouvelle valeur de ℎ 𝑖 2) Déterminer les risques de condensation et la quantité d’eau condensée (avec Mollier) Sur le mur d’une salle de bains: 19°C → pas de condensation Sur le vitrage: 14°C → condensation de 𝑔 𝑐 ≅8⋅3.6⋅ 13.7−10.3 ≅102 g/(h⋅ m 2 ) Remèdes contre la condensation superficielle: 𝜃 𝑠 = 𝜃 𝑖 − 𝑅 𝑖 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 Exercice sur la valeur g d’un simple et double vitrage. Analogue au bilan net du mur. Augmenter le chauffage ( 𝜃 𝑖 ↗ ⇒ 𝜃 𝑠 ↗ ⇒ 𝑔 𝑐 ↘) Augmenter l’isolation thermique ( 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ↗ ⇒ 𝜃 𝑠 ↗ ⇒ 𝑔 𝑐 ↘) Faire bon usage de la ventilation (cours 3ème année) Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

3 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Introduction – Condensation dans les murs Les matériaux de construction sont poreux, schéma: 1 a) pores ouverts, passage des liquides 1 b) pores ouverts, pas de passage des liquides 2 pores fermés, non remplissables Ils peuvent donc être parcourus par un flux de vapeur 𝐽 𝑣𝑎𝑝 De manière analogue à la conductivité thermique 𝜆, les éléments de construction possèdent un coefficient de diffusion de vapeur d’eau 𝜆 𝑣𝑎𝑝 Ordres de grandeur: Exemple de la ventilation nocturne pour baisser la température du mur. Béton 𝜆 𝑣𝑎𝑝 = mg h⋅m⋅Pa ≪ Lame d’air 𝜆 𝑣𝑎𝑝 =0.64 mg h⋅m⋅Pa Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

4 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Introduction – Condensation dans les murs De l’eau peut apparaître sous plusieurs formes dans les murs eau de cristallisation eau adsorbée à la surface eau libre dans les pores ouverts eau capillaire vapeur d’eau dans les pores Problèmes liés Confort hygrothermique → acariens, moisissures et champignons Durabilité du bâtiment → gel / dégel, dégâts d’eau mérule pleureuse Adsorption = fixation des molécules d’eau sur une surface solide (phénomène chimique) Mérule = champignon infestateur de bâtiments et non-comestible Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

5 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Règles en matière de condensation dans les parties opaques Dans la zone de condensation, pas de matériau présentant des risques de corrosion, de moisissure ou de décomposition. En hiver, la quantité d’eau condensée <1 g h⋅ m 2 Sur tout l’hiver, la quantité d’eau condensée <500 g m 2 Quantité d’eau se résorbant durant l’été > quantité d’eau se condensant durant l’hiver Dans les toitures chaudes, elle ne doit pas excéder sur tout l’hiver 10 g m 2 dans la zone comprise entre la couche d’isolation et celle d’étanchéité La barrière de vapeur doit toujours se trouver du côté chaud Toiture chaude: l’étanchéité est posée sur l’isolation L’isolation doit etre robuste pour qu’on puisse marcher dessus. Source: Soprema AG, toiture chaude avec EPS et végétalisation extensive (pare-vapeur, isolant, étanchéité) Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

6 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Conditions déterminant la condensation de la vapeur d’eau – Rappel Condensation superficielle si 𝜃 𝑠 < 𝜃 𝑝𝑟 Ce que l’on peut aussi écrire: 𝜑= 𝑝 𝑣𝑎𝑝 𝑝 𝑠 (𝜃) >100 % 𝑝 𝑣𝑎𝑝 > 𝑝 𝑠 (𝜃) ou avec: 𝑝 𝑣𝑎𝑝 : pression partielle de vapeur d’eau (Pa) 𝑝 𝑠 (𝜃): pression saturante de vapeur d’eau (Pa) 𝜑: humidité relative (-) Constatations: La pression saturante de vapeur d’eau est une fonction de la température 𝜃 qui est non-linéaire et tabulée (Annexe A 2.2 du cours de PB I/II) → Pour déterminer une zone de condensation, il faut analyser la portion du mur où 𝑝 𝑣𝑎𝑝 > 𝑝 𝑠𝑎𝑡 (𝜃) au moyen de la méthode de Glaser Conditions de condensation Zone de condensation Quantité d’eau condensée Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

7 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Méthode de Glaser – 4 étapes 𝜃(𝑥) 𝑝(𝑥) extérieur intérieur 𝑝 𝑠 (𝑥) 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) 𝜃 𝑖 , 𝜑 𝑖 𝜃 𝑠𝑖 𝜃 𝑒 , 𝜑 𝑒 𝜃 𝑠𝑒 𝑥 Déterminer le profil de température dans le mur 𝜃(𝑥) Déterminer le profil correspondant de pression saturante 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) Déterminer le profil de pression de vapeur d’eau 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) en connaissant les conditions intérieures et extérieures de température 𝜃 𝑖 et 𝜃 𝑒 et d’humidité relative 𝜑 𝑖 et 𝜑 𝑒 Déterminer l’intersection potentielle entre les profils de 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) et 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥), si elle existe nous avons un plan (ou une zone) de condensation dans le mur Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

8 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Méthode de Glaser – 4 étapes, à travers une exemple Déterminer le profil de température dans le mur 𝜃(𝑥) 𝜃(𝑥) intérieur extérieur 𝜆=0.7 W m⋅K 𝜃 𝑒 =−10°C, 𝜑 𝑒 =80% 𝜃 𝑖 =20°C, 𝜑 𝑖 =65% 𝜃 𝑠𝑖 𝜃 𝑠𝑒 𝑥 0 cm 30 cm 𝜃 𝑠𝑖 = 𝜃 𝑖 − 𝑅 𝑖 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 𝜃 𝑠𝑒 = 𝜃 𝑖 − 𝑅 𝑖 + 𝑅 1 𝑅 𝑡𝑜𝑡 ⋅ 𝜃 𝑖 − 𝜃 𝑒 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 𝑅 𝑖 = 1 8 , 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = , 𝑅 1 = ⇒ 𝜃 𝑠𝑖 =13.7°C and 𝜃 𝑠𝑒 =−8°C Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

9 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Méthode de Glaser – 4 étapes, à travers une exemple Déterminer le profil correspondant de pression saturante 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) 𝜃(𝑥) 𝑝(𝑥) intérieur extérieur 𝑝 𝑠 (𝑥) 𝜃 𝑠𝑖 𝜃 𝑒 =−10°C, 𝜑 𝑒 =80% 𝜃 𝑖 =20°C, 𝜑 𝑖 =65% 𝜃 𝑠𝑒 0 cm 30 cm 𝑥 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Le profil n’est pas linéaire Subdiviser le mur 𝑥 𝑖 , 𝑖∈ℕ → Trouver 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 𝑖 ) dans l’Annexe A 2.2 Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

10 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Méthode de Glaser – 4 étapes, à travers une exemple Déterminer le profil de pression de vapeur d’eau 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) 𝜃(𝑥) 𝑝(𝑥) intérieur 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖 extérieur 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) 𝜃 𝑠𝑖 𝜃 𝑒 =−10°C, 𝜑 𝑒 =80% 𝜃 𝑖 =20°C, 𝜑 𝑖 =65% 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑒 𝜃 𝑠𝑒 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖 =1520 Pa 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑒 =200 Pa 0 cm 30 cm 𝑥 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant Le profil est linéaire entre 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖 = 𝑝 𝑠 𝜃 𝑖 ⋅ 𝜑 𝑖 et 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑒 = 𝑝 𝑠 𝜃 𝑒 ⋅ 𝜑 𝑒 où 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖/𝑒 : pression partielle de vapeur d’eau int./ext. (Pa) Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

11 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Méthode de Glaser – 4 étapes, à travers une exemple Déterminer l’intersection potentielle entre les profils de 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) et 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) 𝜃(𝑥) 𝑝(𝑥) S’il existe une intersection entre 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) et 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) → condensation Tracer la tangente t1 à 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) depuis 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖 Tracer la tangente t2 à 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) depuis 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑒 Entre les tangentes → zone de condensation 𝑝 𝑠 (𝑥) 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) t1 t2 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑒 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 𝑥 zone de condensation Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

12 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Flux de vapeur sans condensation 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑖→𝑒 = 𝜆 𝑣𝑎𝑝 Δ𝑥 ⋅ 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖 − 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑒 Détermination du flux de vapeur 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑖→𝑒 : avec: 𝐽 𝑣𝑎𝑝,𝑖→𝑒 : flux de vapeur d’eau entre l’int. et l’ext. mg h⋅ m 2 𝜆 𝑣𝑎𝑝 : coefficient de conduction de la vapeur mg h⋅m⋅Pa Δ𝑥: épaisseur traversée par le flux (m) 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑖 =1520 Pa 𝑝(𝑥) Exemple: mur de béton 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) 𝜆 𝑣𝑎𝑝 =0.13 mg h⋅m⋅Pa 𝑝 𝑣𝑎𝑝,𝑒 =200 Pa 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑖→𝑒 Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑖→𝑒 = ⋅ 1520−200 =572 mg h⋅ m 2 0 cm 30 cm 𝑥 Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

13 Physique du Bâtiment III – Cours 5
Zone de condensation, méthode de Glaser Flux de vapeur avec condensation Zone de condensation déterminée par la méthode de Glaser 𝑝(𝑥) 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑖→𝑐𝑖 = −1100 =780 mg h⋅ m 2 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) 1520 Pa 1100 Pa 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑐𝑒→𝑒 = −200 700 Pa =500 mg h⋅ m 2 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑖→𝑐𝑖 200 Pa Ce qui condense: Isoler les murs c’est ajouter de l’isolant 𝑔 𝑐 = 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑖→𝑐𝑖 −𝐽 𝑣𝑎𝑝, 𝑐𝑒→𝑒 = 7 cm 13 cm ci ce 280 mg h⋅ m 2 < 1 g h⋅ m 2 OK! 𝑥 zone de condensation Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF

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Zone de condensation, méthode de Glaser Résumé Condensation dans le mur si: Méthode de Glaser permet de déterminer la zone de condensation en 4 étapes: Déterminer le profil de température dans le mur 𝜃(𝑥) Déterminer le profil correspondant de pression saturante 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) Déterminer le profil de pression de vapeur d’eau 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥) en connaissant les conditions intérieures et extérieures de température 𝜃 𝑖 et 𝜃 𝑒 et d’humidité relative 𝜑 𝑖 et 𝜑 𝑒 Déterminer l’intersection potentielle entre les profils de 𝑝 𝑠 (𝜃 𝑥 ) et 𝑝 𝑣𝑎𝑝 (𝑥), si elle existe nous avons un plan (ou une zone) de condensation dans le mur Détermination du flux de vapeur: 𝑝 𝑣𝑎𝑝 > 𝑝 𝑠 (𝜃) Il y a toujours une partie des gains solaires qui rentrent dans le bâtiment, même lorsque celui-ci est opaque. 𝐽 𝑣𝑎𝑝, 1→2 = 𝜆 𝑣𝑎𝑝 Δ𝑥 ⋅ 𝑝 𝑣𝑎𝑝,1 − 𝑝 𝑣𝑎𝑝,2 Physique du Bâtiment III – Cours 5 Dr Jérôme KAEMPF